Polja nabitih delcev, elektromagnetna in elektrostatična polja ter njihove komponente
Delci in polja so dve vrsti snovi. Značilnost interakcije delcev je, da ne poteka v njihovem neposrednem stiku, temveč na določeni razdalji med njimi.
To je posledica dejstva, da so delci povezani s poljem, ki jih obdaja in določa interakcijo med njimi. Tako delci medsebojno delujejo prek svojih polj.
Polja so v prostoru, za razliko od diskretnih delcev, razporejena zvezno. Nekatere interakcije so po naravi dvojne. Tako se na primer elektromagnetno polje, ki se širi skozi prostor v obliki valov, hkrati zazna v obliki diskretnih delcev - fotonov.
V naravi obstajajo polja različnih vrst: gravitacijska (gravitacijska), magnetostatična, elektrostatična, jedrska itd. Za vsako polje so značilne značilne inherentne lastnosti.
Med dvema vrstama snovi - delci in polji - obstaja notranja povezava, ki se kaže predvsem v tem, da se vsaka sprememba stanja delcev neposredno odraža v polju (in obratno, vsaka sprememba polja vpliva na delce ), kot tudi v prisotnosti splošnih lastnosti: masa, energija, zagon ali zagon itd.
Tudi delci se lahko spremenijo v polje in polje v iste delce. Vse to kaže, da sta materija in polje dve vrsti materije.
Poleg tega obstaja razlika med polji in delci, kar nam omogoča, da jih obravnavamo kot različne vrste snovi.
Ta razlika je v tem, da so osnovni delci diskretni in zasedajo določeno prostornino, so neprepustni za druge delce: iste prostornine ne morejo zasedati različna telesa in delci. Polja so neprekinjena in imajo visoko prepustnost: polja različnih vrst se lahko nahajajo hkrati v istem volumnu prostora.
Delci in telesa se lahko gibljejo v prostoru pod vplivom zunanjih sil, pospešeno ali upočasnjeno, to pomeni, da je hitrost gibanja delcev v prostoru lahko različna. Polja se po prostoru širijo z enako hitrostjo, na primer v vakuumu – s hitrostjo, ki je enaka svetlobni hitrosti.
Ker so delci in polja med seboj tesno povezani in tvorijo celoto, je nemogoče določiti natančno mejo med delcem in njegovim poljem v prostoru.
Vendar pa je mogoče določiti zelo majhno območje prostora, v katerem se manifestirajo lastnosti diskretnega delca. V tem smislu je pogojno mogoče določiti dimenzije elementarni delci… V prostoru izven navedenega območja lahko domnevamo, da obstaja le polje, povezano z osnovnim delcem.
Elektromagnetno polje in njegove komponente
V elektrotehniki se obravnava polje, ki nastane zaradi gibanja nosilnih delcev električni naboji… Takšno polje imenujemo elektromagnetno. Pojave, povezane s širjenjem tega polja, imenujemo elektromagnetni pojavi.
Elektroni, ki krožijo v atomu okoli jedra, medsebojno delujejo s protoni preko električnega polja, hkrati pa je njihovo gibanje enakovredno električnemu toku, ki je, kot kažejo izkušnje, vedno povezan s prisotnostjo magnetnega polja.
Zato je polje, skozi katerega elementarni delci atoma medsebojno delujejo, to je elektromagnetno polje, sestavljeno iz dveh polj: električnega in magnetnega. Ta polja so med seboj povezana in neločljiva.
Navzven se elektromagnetno polje pod makroskopskim pregledom manifestira v nekaterih primerih v obliki stacionarnega polja, v drugih primerih pa v obliki izmeničnega polja.
V stacionarnem stanju atomov dane snovi sta tako električno polje (v tem primeru je polje v atomih popolnoma povezano z enakimi naboji različnih predznakov) kot magnetno polje (zaradi kaotične orientacije elektronskih orbit) v vesolje ni zaznano.
Če pa je ravnovesje v atomu moteno (nastane ion, usmerjeno gibanje se nadgradi na kaotično gibanje, elementarni tokovi magnetnih snovi so usmerjeni v eno smer itd.), Potem je zunaj te snovi mogoče zaznati polje.Poleg tega, če se navedeno stanje ohrani nespremenjeno, imajo značilnosti polja vrednost, ki je skozi čas konstantna. Tako polje imenujemo stacionarno polje.
Stacionarno polje med makroskopskim pregledom se v številnih primerih pojavlja samo v obliki ene komponente: bodisi v obliki električnega polja (na primer polje mirujočih nabitih teles), bodisi v obliki magnetnega polja (npr. na primer polje trajnih magnetov).
Komponente mirujočega elektromagnetnega polja so neločljive od gibajočih se nabitih delcev: električna komponenta je povezana z električnimi naboji, magnetna komponenta pa spremlja (obdaja) gibajoče se nabite delce.
Spremenljivo elektromagnetno polje nastane kot posledica spremenljivega ali nihajnega gibanja nabitih delcev, sistemov ali sestavin mirujočih polj. Značilnost takšnega visokofrekvenčnega polja je, da se po nastanku (po oddaji iz vira) loči od vira in v obliki valov vstopi v okolje.
Električna komponenta tega polja obstaja v prostem stanju, ločena od materialnih delcev in ima vrtinčni značaj. Enako polje je magnetna komponenta: obstaja tudi v prostem stanju, ki ni povezano z gibljivimi naboji (ali električnim tokom). Obe polji pa predstavljata neločljivo celoto in se v procesu gibanja v prostoru nenehno spreminjata eno v drugo.
Spremenljivo elektromagnetno polje zaznavamo z vplivom na delce in sisteme, ki se nahajajo na poti njegovega širjenja, ki jih lahko spravimo v nihajoče gibanje, pa tudi s pomočjo naprav, ki pretvarjajo energijo elektromagnetnega polja v energijo druge vrste. (na primer toplotno).
Poseben primer je delovanje tega polja na vidne organe živih bitij (svetloba je elektromagnetno valovanje).
Komponente elektromagnetnega polja — električna in magnetna polja so odkrili in preučevali pred elektromagnetnim poljem in neodvisno drug od drugega: takrat med njimi niso odkrili nobene povezave. To je pripeljalo do dejstva, da sta obe področji veljali za neodvisni.
Teoretična razmišljanja, nato potrjena z eksperimentom, kažejo, da obstaja neločljiva povezava med električnim in magnetnim poljem in da se vsak električni ali magnetni pojav vedno izkaže za elektromagnetnega.
Poglej tudi: Električno in magnetno polje: kakšne so razlike?
Elektrostatično polje
V vakuumu ali dielektričnem mediju okoli izoliranih teles, ki miruje glede na opazovalca, se zazna le električno polje s presežkom nespremenjenih v prostoru in času (v makroskopskem smislu) električnih nabojev istega predznaka, pridobljenih med ionizacijo atomov ( kot posledica elektrifikacije videz - Elektrifikacija teles, interakcija nabojev).Tako polje imenujemo elektrostatično.
Elektrostatično polje je vrsta stacionarnega električnega polja in se od njega razlikuje po tem, da so elementarni nabiti delci, ki povzročajo elektrostatično polje, le v kaotičnem gibanju, medtem ko je stacionarno polje določeno z usmerjenim gibanjem elektronov, ki je superponirano na kaotično gibanje.
V tem polju je konstantnost karakteristik posledica kontinuirane reprodukcije porazdelitve nabojev v polju (ravnotežni proces).
V elektrostatičnem polju je splošno delovanje velikega števila enolično nabitih delcev v neprekinjenem kaotičnem gibanju v različnih smereh zunaj nabitega telesa zaznano kot polje z električnim nabojem istega predznaka, ki se s časom ne spreminja.
Učinek magnetne komponente v elektrostatičnem polju je medsebojno nevtraliziran zaradi kaotičnega gibanja nosilcev naboja v vesolju in zato ni zaznan.
Posebna značilnost elektrostatičnega polja je prisotnost izvornih in odvodnih teles, ki dobijo presežne naboje različnih predznakov (telesa, iz katerih se zdi, da to polje teče in v katera teče).
Elektrostatično polje in naelektrena telesa, ki so viri in ponori polja, so neločljivi drug od drugega in predstavljajo eno fizično entiteto.
V tem se elektrostatično polje razlikuje od električne komponente izmeničnega elektromagnetnega polja, ki ima v prostem stanju vrtinčni značaj, nima vira in odtoka.
Za vzdrževanje tega stanja elektrostatičnega polja se ne porabi nobena energija. Potrebno je šele, ko je to polje vzpostavljeno (potrebna je energija za neprekinjeno oddajanje elektromagnetnega polja).
Elektrostatično polje je mogoče zaznati z mehansko silo, ki deluje na mirujoča nabita telesa v tem polju, kot tudi z induciranjem ali usmerjanjem elektrostatičnega naboja na mirujočih kovinskih telesih in s polarizacijo mirujočih dielektričnih teles, postavljenih v to polje.
Poglej tudi:
Značilnosti električnega polja